基于分布式系统架构的多功能血液分析仪设计与软件开发

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人体的健康状况改变将引起血液的各项参数显著变化,因此在临床上血常规检测成为疾病检查的重要一环。在现代医院中,血常规数据基本由操作血液分析仪对患者血样进行检测得出。传统的血液分析仪主要对血液中的血细胞计数、白细胞分类和血红蛋白含量进行统计,多功能血液分析仪在此基础上需要提供良好的人机界面,具备保养、质控、标定、打印等多种功能,并实现检测过程的自动化。嵌入式技术利用定制的嵌入式计算机系统控制有关执行装置部件,以实现血液分析过程的自动化需求,从而被广泛地应用到多功能血液分析仪的开发中。随着时代和技术的进步,对血液分析仪的检测参数数量和功能种类提出了新的要求,然而对已有的三分类血液分析仪进行评估后,发现其存在着系统总体结构灵活性差、算法存在漏洞、功能不完善、通信方案不利于信息安全等不足。分布式控制系统运用计算机技术对系统运行过程集中管理和分散控制,使系统具有较好的灵活性和可靠性。因此,本文基于分布式系统架构,依托江苏省科技成果转化项目,完成了多功能血液分析仪的嵌入式软件开发。论文首先阐述了本文的研究背景与意义,对分布式控制系统与CAN总线的概念做了简要介绍,给出嵌入式技术应用到血液分析仪开发中的优势;接着总结血液分析所使用的检测原理,对已有的三分类血液分析仪系统进行评估,针对难以向已有液路系统添加新的测量反应装置的问题,以分布式系统架构为基础,设计出了一种将需要添加的生化量测量装置作为分散的子系统并由管理级进行集中控制的方案,将整个血液分析仪分为控制级与管理级两个部分,并给出多种功能需求与相应性能指标需求;接着阐述了控制级的软件结构与检测功能的总体流程,针对原装置血细胞计数数据处理算法存在漏洞的问题,重新设计出有效的信号处理流程与基于库尔特原理的优化识别算法,并使用Matlab仿真验证算法的可行性;接着给出了管理级的分层化、模块化软件设计方案,介绍其基本功能的软件设计,并对质量控制与打印功能进行完善;还总结了CAN总线的基本通信原理,对原三分类血液分析仪的CAN总线通信设计方案进行评估,对基于CAN总线的通信软件进行重新设计以保障信息安全;最后经过对三分类血液分析装置与C-反应蛋白测量模块的联合测试与评估,验证了方案的有效性和科学性,表明整个系统满足需求分析中提出的功能需求与性能需求。
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